Ers yr 1980au, mae dwysedd integreiddio cylchedau electronig wedi bod yn cynyddu ar gyfradd flynyddol o 1.5× neu'n gyflymach. Mae integreiddio uwch yn arwain at ddwyseddau cerrynt mwy a chynhyrchu gwres yn ystod gweithrediad.Os na chaiff ei wasgaru'n effeithlon, gall y gwres hwn achosi methiant thermol a lleihau oes cydrannau electronig.
Er mwyn bodloni gofynion rheoli thermol cynyddol, mae deunyddiau pecynnu electronig uwch gyda dargludedd thermol uwchraddol yn cael eu hymchwilio a'u optimeiddio'n helaeth.
Deunydd cyfansawdd diemwnt/copr
01 Diemwnt a Chopr
Mae deunyddiau pecynnu traddodiadol yn cynnwys cerameg, plastigau, metelau, a'u aloion. Mae cerameg fel BeO2 ac AlN yn arddangos CTEs sy'n cyfateb i led-ddargludyddion, sefydlogrwydd cemegol da, a dargludedd thermol cymedrol. Fodd bynnag, mae eu prosesu cymhleth, cost uchel (yn enwedig BeO2 gwenwynig), a'u brauder yn cyfyngu ar gymwysiadau. Mae pecynnu plastig yn cynnig cost isel, pwysau ysgafn, ac inswleiddio ond yn dioddef o ddargludedd thermol gwael ac ansefydlogrwydd tymheredd uchel. Mae gan fetelau pur (Cu, Ag, Al) ddargludedd thermol uchel ond CTE gormodol, tra bod aloion (Cu-W, Cu-Mo) yn peryglu perfformiad thermol. Felly, mae angen deunyddiau pecynnu newydd sy'n cydbwyso dargludedd thermol uchel a CTE gorau posibl ar frys.
| Atgyfnerthu | Dargludedd Thermol (W/(m·K)) | CTE (×10⁻⁶/℃) | Dwysedd (g/cm³) |
| Diemwnt | 700–2000 | 0.9–1.7 | 3.52 |
| gronynnau BeO | 300 | 4.1 | 3.01 |
| gronynnau AlN | 150–250 | 2.69 | 3.26 |
| gronynnau SiC | 80–200 | 4.0 | 3.21 |
| gronynnau B₄C | 29–67 | 4.4 | 2.52 |
| Ffibr boron | 40 | ~5.0 | 2.6 |
| gronynnau TiC | 40 | 7.4 | 4.92 |
| gronynnau Al₂O₃ | 20–40 | 4.4 | 3.98 |
| Mwstas SiC | 32 | 3.4 | – |
| gronynnau Si₃N₄ | 28 | 1.44 | 3.18 |
| gronynnau TiB₂ | 25 | 4.6 | 4.5 |
| gronynnau SiO₂ | 1.4 | <1.0 | 2.65 |
Diemwnt, y deunydd naturiol caletaf y gwyddys amdano (Mohs 10), hefyd yn meddu ar nodweddion eithriadoldargludedd thermol (200–2200 W/(m·K)).
Micro-bowdr diemwnt
Copr, gyda dargludedd thermol/trydanol uchel (401 W/(m·K)), hydwythedd, ac effeithlonrwydd cost, yn cael ei ddefnyddio'n helaeth mewn ICs.
Gan gyfuno'r priodweddau hyn,diemwnt / copr (Dia / Cu) cyfansoddion—gyda Cu fel y matrics a diemwnt fel atgyfnerthiad—yn dod i'r amlwg fel deunyddiau rheoli thermol y genhedlaeth nesaf.
02 Dulliau Cynhyrchu Allweddol
Mae'r dulliau cyffredin ar gyfer paratoi diemwnt/copr yn cynnwys: meteleg powdr, dull tymheredd uchel a phwysedd uchel, dull trochi toddi, dull sinteru plasma rhyddhau, dull chwistrellu oer, ac ati.
Cymhariaeth o wahanol ddulliau paratoi, prosesau a phriodweddau cyfansoddion diemwnt/copr maint gronyn sengl
| Paramedr | Meteleg Powdr | Gwasgu Poeth Gwactod | Sinteru Plasma Gwreichionen (SPS) | Tymheredd Uchel Pwysedd Uchel (HPHT) | Dyddodiad Chwistrell Oer | Treiddiad Toddi |
| Math o Ddiemwnt | MBD8 | HFD-D | MBD8 | MBD4 | PDA | MBD8/HHD |
| Matrics | Powdr Cu 99.8% | Powdr Cu electrolytig 99.9% | Powdr Cu 99.9% | Aloi/powdr Cu pur | Powdr Cu pur | Swmp/gwialen Cu pur |
| Addasu Rhyngwyneb | – | – | – | B, Ti, Si, Cr, Zr, W, Mo | – | – |
| Maint y Gronynnau (μm) | 100 | 106–125 | 100–400 | 20–200 | 35–200 | 50–400 |
| Ffracsiwn Cyfaint (%) | 20–60 | 40–60 | 35–60 | 60–90 | 20–40 | 60–65 |
| Tymheredd (°C) | 900 | 800–1050 | 880–950 | 1100–1300 | 350 | 1100–1300 |
| Pwysedd (MPa) | 110 | 70 | 40–50 | 8000 | 3 | 1–4 |
| Amser (munud) | 60 | 60–180 | 20 | 6–10 | – | 5–30 |
| Dwysedd Cymharol (%) | 98.5 | 99.2–99.7 | – | – | – | 99.4–99.7 |
| Perfformiad | ||||||
| Dargludedd Thermol Gorau posibl (W/(m·K)) | 305 | 536 | 687 | 907 | – | 943 |
Mae technegau cyfansawdd Dia/Cu cyffredin yn cynnwys:
(1)Meteleg Powdr
Mae powdrau diemwnt/Cu cymysg yn cael eu cywasgu a'u sinteru. Er ei fod yn gost-effeithiol ac yn syml, mae'r dull hwn yn cynhyrchu dwysedd cyfyngedig, microstrwythurau anghymhenid, a dimensiynau sampl cyfyngedig.
Suned rhyng-gysylltu
(1)Tymheredd Uchel Pwysedd Uchel (HPHT)
Gan ddefnyddio gwasgau aml-eingion, mae Cu tawdd yn treiddio i ddelltau diemwnt o dan amodau eithafol, gan gynhyrchu cyfansoddion dwys. Fodd bynnag, mae HPHT angen mowldiau drud ac nid yw'n addas ar gyfer cynhyrchu ar raddfa fawr.
Cwasg ubic
(1)Treiddiad Toddi
Mae Cu tawdd yn treiddio rhagffurfiau diemwnt trwy ymdreiddiad â chymorth pwysau neu drwy yrru capilarïau. Mae'r cyfansoddion sy'n deillio o hyn yn cyflawni dargludedd thermol >446 W/(m·K).
(2)Sinteru Plasma Gwreichionen (SPS)
Mae cerrynt pwls yn sintro powdrau cymysg yn gyflym o dan bwysau. Er ei fod yn effeithlon, mae perfformiad SPS yn dirywio ar ffracsiynau diemwnt >65 vol%.
Diagram sgematig o'r system sinteru plasma rhyddhau
(5) Dyddodiad Chwistrell Oer
Caiff powdrau eu cyflymu a'u dyddodi ar swbstradau. Mae'r dull newydd hwn yn wynebu heriau o ran rheoli gorffeniad arwyneb a dilysu perfformiad thermol.
03 Addasu Rhyngwyneb
Ar gyfer paratoi deunyddiau cyfansawdd, mae gwlychu cydfuddiannol rhwng cydrannau yn rhagofyniad angenrheidiol ar gyfer y broses gyfansawdd ac yn ffactor pwysig sy'n effeithio ar strwythur y rhyngwyneb a chyflwr bondio'r rhyngwyneb. Mae'r cyflwr di-wlychu ar y rhyngwyneb rhwng diemwnt a Cu yn arwain at wrthwynebiad thermol rhyngwyneb uchel iawn. Felly, mae'n hanfodol iawn cynnal ymchwil addasu ar y rhyngwyneb rhwng y ddau trwy amrywiol ddulliau technegol. Ar hyn o bryd, mae dau ddull yn bennaf i wella'r broblem rhyngwyneb rhwng diemwnt a matrics Cu: (1) Triniaeth addasu arwyneb diemwnt; (2) Triniaeth aloi'r matrics copr.
Diagram sgematig addasu: (a) Platio uniongyrchol ar wyneb diemwnt; (b) Aloi matrics
(1) Addasu arwyneb diemwnt
Gall platio elfennau gweithredol fel Mo, Ti, W a Cr ar haen wyneb y cyfnod atgyfnerthu wella nodweddion rhyngwynebol diemwnt, a thrwy hynny wella ei ddargludedd thermol. Gall sinteru alluogi'r elfennau uchod i adweithio â'r carbon ar wyneb y powdr diemwnt i ffurfio haen drawsnewid carbid. Mae hyn yn optimeiddio'r cyflwr gwlychu rhwng y diemwnt a sylfaen y metel, a gall y cotio atal strwythur y diemwnt rhag newid ar dymheredd uchel.
(2) Aloi'r matrics copr
Cyn prosesu cyfansawdd deunyddiau, cynhelir triniaeth cyn-aloi ar gopr metelaidd, a all gynhyrchu deunyddiau cyfansawdd â dargludedd thermol uchel yn gyffredinol. Gall dopio elfennau gweithredol yn y matrics copr nid yn unig leihau'r Ongl gwlychu rhwng diemwnt a chopr yn effeithiol, ond hefyd gynhyrchu haen carbid sy'n hydawdd yn y matrics copr ar y rhyngwyneb diemwnt/Cu ar ôl yr adwaith. Yn y modd hwn, mae'r rhan fwyaf o'r bylchau sy'n bodoli ar y rhyngwyneb deunydd yn cael eu haddasu a'u llenwi, a thrwy hynny'n gwella'r dargludedd thermol.
04 Casgliad
Mae deunyddiau pecynnu confensiynol yn methu â rheoli gwres o sglodion uwch. Mae cyfansoddion Dia/Cu, gyda CTE tiwnadwy a dargludedd thermol uwch-uchel, yn cynrychioli datrysiad trawsnewidiol ar gyfer electroneg y genhedlaeth nesaf.
Fel menter uwch-dechnoleg sy'n integreiddio diwydiant a masnach, mae XKH yn canolbwyntio ar ymchwil a datblygu a chynhyrchu cyfansoddion diemwnt/copr a chyfansoddion matrics metel perfformiad uchel fel SiC/Al a Gr/Cu, gan ddarparu atebion rheoli thermol arloesol gyda dargludedd thermol o dros 900W/(m·K) ar gyfer meysydd pecynnu electronig, modiwlau pŵer ac awyrofod.
XKH'Deunydd cyfansawdd laminedig wedi'i orchuddio â chopr diemwnt:
Amser postio: Mai-12-2025